A valóságban legyártott alumínium elektrolit kondenzátor természetesen eltér az elméletben bemutatott leírástól. Az alapfelépítése hasonló, a két fegyverzete között található egy szigetelőréteg. A pozitív fegyverzet szerepét egy magas tisztaságú (99,99 %) alumínium fólia látja el, amely 70 - 120 µm vastagságú. Az alumínium felületét elektrokémiai maratással megnövelték (pórusok kialakításával közel 200-szorosára), ugyanis a kapacitás érték arányos a fegyverzet nagyságával. Ezt szemléltették a (3.3) és (3.8) képletek. A fegyverzetek közti szigetelőréteget, anódos oxidációval (úgynevezett formálással) létrehozott oxidréteg (Al2O3) alkotja. az anód fólián lévő dielektrikum vastagsága (1,2 nm/V) a feszültség növekedésével változik. Mivel a negatív fegyverzetnek a maratott struktúrát kell követnie - a maximális kapacitásérték elérése érdekében - egy vezető folyadékot alkalmaznak, amely képes behatolni a pórusokba. Ezt a vezető folyadékot hívják elektrolitnak, amely a kondenzátor elnevezésében is szerepel. A negatív fegyverzet és a külső érintkezők közt az elektromos csatlakozást egy második alumínium fóliával valósítják meg. Ezt nevezik katód fóliának, amely csupán egy vezető felületként szolgál. A struktúra tartalmaz egy papírréteget is, amely távolságtartóként, illetve elektrolit tárolóként funkciónál. Ezt a felépítést mutatja az 3.2 ábra [42, 43, 48-50, 52, 58].
3.2. ábra Alumínium elektrolit kondenzátor felépítése [43]
A kondenzátor gyártás első és legfontosabb lépése az anódfólia gyártása. Olyan gyártó cégek végzik, amelyek erre specializálódtak (Becromal, KDK, Hitachi, stb.). Az alumínium fólia – amelyet az anódfólia gyártásához használnak - legfontosabb tulajdonsága a kristályszerkezet orientációja. A kondenzátor anód fóliájához olyan alapanyag használható fel, amely min. 90 %-os (100) Miller indexű orientációval rendelkezik. Az alumínium fólia
kialakuló csatornák a kristálysíkok, kristályrácsok irányában maratódnak ki. A fenti (100) irányultság merőleges a felületre, így a maratott csatornastruktúra a lehető legnagyobb, maximalizálva így a felület nagyságát. Abban az esetben, ha a csatornák az (111) irányban alakulnak ki, keresztezhetik egymás, így romlik a felület kihasználtsága és a mechanikai stabilitás is. Ezen kristályszerkezetet a 3.3 ábra mutatja be.
3.3. ábra Anódfólia rácsszerkezetének orientációi [43]
A fóliagyártás három fő lépésből áll, amelyek az elő-termékgyártás, fóliahengerlés és fólianemesítés. A fenti folyamat során fontos szerepe van hengerlésnek és a hevítésnek [44-47]. Az elkészült fólia felületét meg kell növelni, ugyanis a (3.3) és (3.8) egyenletekből látszik, hogy a maximális kapacitás eléréséhez a lehető legnagyobb töltéshordozó felület kialakítása szükséges. A manapság gyártott nedves elektrolit kondenzátorok többségét maratott felületű anód fóliával készítik. Többféle módszert dolgoztak ki az idők során az anód felület érdesítésére, mint például a homokfújás, mechanikai préselés, forgó kefékkel való karcolás, dörzsölő anyagok használata, kémiai maratás savakkal, illetve savak sóival. A legtöbb mechanikai érdesítő módszer nehézségekkel és hátrányokkal jár. Ezek közül az egyik legjelentősebb, hogy relatív kicsi felületnövekedést érhetünk el vele. A fenti módszerek közül a kémiai maratás a leginkább megfelelő és ezért a legáltalánosabban elterjedt. A maratás során kioldjuk a fém egy részét ezzel megnövelve a felületet (mikroszkopikus méretű csatornák sűrű hálózata lesz kialakítva). A maratás főbb lépései [45]:
1. előkezelés – felület előkészítése 2. előmaratás – csatornák kialakítása 3. maratás – csatornák tágítása
4. utókezelés – klorid maradványok eltávolítása és szárítás
A levegővel érintkezve az alumínium felületén mindig kialakul egy vékony oxid réteg.
Hő hatására az oxidréteg megvastagodhat, ez különösen megfigyelhető a hőkezeléssel
előállított anód fóliáknál. A felületnövelés addig nem lehet hatékony, amíg ez a réteg át nincs lyukasztva vagy el nincs távolítva. A leghatékonyabb maratást úgy érhetjük el, ha ezt az oxid réteget lúgos oldattal (pl.: 4 - 10 %-os NaOH oldat) eltávolítjuk. A NaOH-os oldattal való maratás és ezt követő mosás után különböző sósavas oldatba meríthetjük az anódot. Ezen folyamat lényeges paraméterei az oldat koncentrációja, hőmérséklete és a merítés időtartama.
Ezt nevezik felület előkészítésnek. Ezt követi a maratás. Az egyes maratószerekre jellemző, hogy az alumínium felületet hogyan marják meg. A lúgok általában egyenetlenül marják meg a felszínt, míg bizonyos savak jellemző mintázattal látják el a felületet. A lúgokkal történő maratás során a fólia vastagsága nem egyenlő mértékben csökken, kis effektív felületnövekedés mellett. Sósavval vagy sósav fémsókkal alkotott elegyével történő maratás már jelentősen nagyobb mértékű felületnövekedést eredményez. A maratás során kialakuló szomszédos lyukak közti távolság, valamint a lyukátmérő a galvanizált potenciál és a kémiai feloldás kölcsönhatásával szabályozható. A maratás során az alumínium fólia folyamatosan halad egy sósavas fürdőben, ahol váltóáramot és/vagy egyenáramot kapcsolnak a marató oldat és az alumínium fólia közé. Az alacsony feszültségű fóliák esetén akár 100-szor nagyobb felületet is kaphatunk a folyamat végére, míg a magas feszültségű fóliák esetén ez az arány kb.
20 - 25-szörös. A gyártáshoz felhasználható anódfólia gyártásának utolsó lépése a szigetelő réteg kialakítása. Ezt az alumínium fóliák felületén kialakított oxidréteg valósítja meg. Ezt az oxid kialakítást hívják formálásnak. A nagy tisztaságú, maratott alumínium fóliákat általában bórsavas – ammóniás vizes oldatban formálják és alakítják ki az alumínium-oxid réteget azok felületén. Lehetséges formáló anyagok még a dikarbonsavak, citromsav és a foszforsav.
Az anód fólia oxidálása során alkalmazott egyenfeszültséget nevezzük a formálási feszültségnek. A szigetelő réteg vastagsága közel arányos a formálási feszültséggel, ennek mértéke 0,0013 ~ 0,0015 mm/V, míg az átütési szilárdsága pedig 107 V/cm. A formálás folyamatát az 3.4. ábra mutatja, amelyen egy formáló berendezés sematikus ábrája látható.
A reakciók során az alábbi katód-és anódfolyamat (3.9 és 3.10 képlet), valamint alumínium oxidáció (3.11) történik, amelyet a 3.5 ábra mutat be.
2H3O+ + 2e- → 2H2O + H2, (3.9)
4OH- → 2H2O + 2O2 + 4e-, (3.10)
2Al + 3O2- → γ- Al2O3 + 6e-. (3.11)
3.5. ábra Anódfólia maratása során lezajló elektrokémiai reakciók
Kondenzátorok gyártásának következő lépése, hogy az anód fóliát megfelelő szélességűre vágják, amelyet a többi alapanyag (katód és papír) méretre vágása követ. A vágott szelesség a kondenzátor konstrukciójától függ. A jelenleg gyártott alumínium elektrolit kondenzátorok házában egy tekercs található. Ennek készítését automata tekercselőgépekkel valósítják meg, amelyek összetekercselik a méretre vágott alapanyagokat. A folyamat alatt hideghegesztéssel felhegesztik a fóliákra a kivezető szalagokat, amelyek elektromos összeköttetést biztosítanak a tekercsben lévő alapanyagok és a fedél közt. A tekercselés után a tekercseket elektrolitba áztatják – ezt impregnálásnak hívják - be. Ennek az elektrolit fürdőnek az időtartama konstrukció és elektrolit függő. Nem csak az időtartam szabályozott, hanem az elektrolit hőmérséklete és az impregnáló kamra nyomása is. Az elektrolittal átitatott tekercsekre lézerhegesztéssel felhegesztik a fedelet, majd a tekercset egy alumínium házba rakják. Ennek az alumínium háznak a végét visszagörbítik – ezt a gyártási lépést peremezésnek hívják -, így biztosítva a belső tekercs hermetikus lezárását. Ezt követően leszigetelik a kondenzátor külsejét egy szigetelő fóliával. A légmentesen lezárt és szigetelt kondenzátorra feszültséget kapcsolnak, illetve a külső hőmérsékletet is megváltoztatják. A kezelés célja, hogy a vágás során keletkezett oxidréteg sérüléseket kijavítsák. Hasonló folyamat megy vége ekkor, mint az anód fólia gyártása folyamán. A folyamat végén a kondenzátor általános paramétereit megmérik és lecsomagolják az elkészült termékeket. Ezt a folyamatot mutatja be a 3.6. ábra.
3.6. ábra Alumínium elektrolit kondenzátor gyártási folyamata
A gyártási lépések bemutatásából is látható, hogy a valós megvalósítás komplex és összetett. Így az is belátható, hogy a valós kondenzátort nem lehet egy egyszerű áramköri elemmel – csak egy kapacitással - helyettesíteni. Ezek miatt az alumínium elektrolit kondenzátorokat gyártó cégek az általános termékspecifikációkban egy modellt alkalmaznak termékeik bemutatásához, amelyek a fenti technológiából adódó jellegzetességeket is megmutatják.
3.3 Alumínium elektrolit kondenzátor gyártói modellje és elektromos